一種有害氣體排氣控制系統

摘? 要：PECVD制程工藝中，會產生氟化氫和氫氣等氣體，氟化氫是有毒氣體，需要進行尾氣過濾處理后，才能排放大氣;但是排氣系統中因過濾裝置的存在，自然會造成排氣管路不通暢，真空泵因為自身的高壓縮比，如果此時尾部壓力過大，會損傷真空泵，從而影響泵的使用壽命;本文介紹的控制系統，合理的解決了這個問題，制程前期無氟化氫階段，通過旁通快速排氣，中、后期氟化氫階段，因制程工藝需要控制在低壓小于10Pa階段，此時排氣經過過濾，不會造成排氣管路壓力升高。

關鍵詞：PECVD;有害氣體;排氣系統

引言

等離子表面處理作為提升材料表面性能有效方法被廣泛應用于航空航天、汽車制造、機械重工和五金工具制造等領域。主要工藝有CVD、PVD 2種，CVD中的PECVD因淀積的薄膜具有優良的電學性能、良好的襯底附著性以及極佳的臺階覆蓋性，所以廣泛應用于集成電路、光電器件等領域。本文介紹的排氣控制系統，主要解決前期無氟化氫階段的快速排放和中后期氟化氫的過濾排放，經過實際使用證明，能滿足設備需要，而不損害真空泵組中的螺桿泵，下面進行排氣系統詳細介紹。

1 排氣控制系統組成

主要由真空泵組1，排氣管路2，背壓閥3，電動排氣球閥4，5過濾筒1，6過濾筒2，液體收集器7，尾氣連接管道8，組成，如圖1所示。

真空泵組1：等離子真空鍍膜機的真空動力源，保證反應腔體壓力小于10Pa，泵組中螺桿泵的壓縮比一般在8-10，屬于設備中的核心設備，所以再排氣過程中，需要保證螺桿泵排氣口壓力小于0.15MPa。

排氣管路2：提供螺桿泵到排氣系統的管路，一般采用SUS304材質，防止工藝制程中的氣體腐蝕。

背壓閥3：用于極端情況下的管路壓力平衡，在排氣管路2和尾氣連接管道8之間的壓力超過1.5Bar時，單向單開通道，保證真空泵組后壓力低于安全值;此背壓閥要求具有單向導通性，避免排氣管網壓力倒灌進螺桿泵，而損傷螺桿泵。

電動排氣球閥4：用于排氣系統無氟化氫時的，尾氣快速通過;閥芯采用SUS316材質，類型為固定球球閥，直徑范圍為20-40mm。

5過濾筒1：用于制程中氟化氫產生時的，有毒氣體過濾，過濾介質為活性氧化鋁。

6過濾筒2：用于對過濾筒1中出來的尾氣進行2次有毒過濾，確保尾氣無害。

液體收集器7：等離子鍍膜機中產生的尾氣，經真空泵組高壓縮比排出后，氣體會有部分液位，所以需要在低位進行收集，防止反向進入真空泵組;另外一般排氣管網中也會有部分液體的，需要對設備進行保護，防止工業液體進入設備。

尾氣連接管道8：用于跟排氣管網的連接，材質采用SUS304。

2作用原理

制程前期：（無氟化氫階段）

工藝制程前期，PECVD的反應腔室在放入工件后，需要由常壓經真空泵組抽到高真空狀態，通常壓力會小于10Pa，在這個過程中沒有有害氣體產生，而且前期排氣量大，為了保證真空泵組中的螺桿泵不受損，需要快速通過，此時通過PLC程序控制打開電動球閥4，讓尾氣連入排氣管網。

制程中、后期：（有氟化氫階段）

工藝制程中后期，因化學單體的進入，會產生有毒氣體氟化氫，這個時候，需要關閉電動球閥4，讓有毒氣體經過5過濾筒1和6過濾筒2，進行尾氣無害化處理;這個過程因真空腔體壓力維持在10Pa壓力小，不會造成螺桿泵泵后壓力明顯升高，基本上影響可以忽略不計。

安全方面：

考慮到過濾筒可能會存在堵塞情況，這個時候因螺桿泵的高壓縮比，真空腔室中的氣體依然會排入排氣管路2，造成螺桿泵后壓力過高，如果高到1.5Bar時，時間長會損傷螺桿泵;此時背壓閥3需要快速打開，降低排氣管路2中的壓力。

3 系統注意的問題

排氣系統在實際使用過程中，注意排氣管路上也需要安裝壓力傳感器，實時監控官網壓力和螺桿泵后的安全壓力;另外PLC需在保證工藝制程的前提下，提前從電動球閥4切換到過濾筒1和2;這樣保證尾氣排入官網時，肯定是無害的。

如果真空腔體產生的氟化氫量比較大，還需增加過濾筒的數量。過濾筒中的活性氧化鋁需要定期巡檢，如果失效數量超過三分之二即要及時進行更換。

4 結束語

經設備的實際使用，證明這套有毒氣體排氣系統具有的有益效果為：

（1）在剛開始抽真空時，能提高反應腔體的排氣效率，減小真空泵排氣壓強。

（2）當反應腔體產生有毒氣體時，能自動切換到具有過濾器的排氣管路，使有毒物質能夠被過濾掉，對空氣產生零污染。

（2）滿足設備的制程工藝，同時保證真空泵組中的螺桿泵不受損傷，提高設備的使用率和安全性。

參考文獻

[1]? 李云奇.真空鍍膜技術與設備設計安裝及操作維護實用手冊.化學工業出版社.2006.5

[2]? 王振華.真空設備制造工藝技術標準規范全書.寧夏大地音像出版社.2004.10

作者簡介：花志平（1982-），男，江蘇無錫人，工程師，主要從事電氣自動化工作